DE102016218650A1

DE102016218650A1 - RTM tool for avoiding fiber flooding in the RTM process through optimized flow channel cross-sections

Info

Publication number: DE102016218650A1
Application number: DE102016218650.7A
Authority: DE
Inventors: Christoph Kracke; Bernhard Staudt
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2016-09-28
Filing date: 2016-09-28
Publication date: 2018-03-29

Abstract

Die Erfindung betrifft ein RTM-Werkzeug (1) zur Herstellung eines Faserverbundbauteils mit einem RTM-Verfahren durch Injektion eines Harzes in ein Faserhalbzeug (2), das aus zumindest einer Faserschicht (3) gebildet ist, die aus einer Vielzahl in eine Faserrichtung (X) verlaufender paralleler Fasern (4) besteht, wobei Mittel ausgebildet sind, die das Einschwemmen von Fasern (4) der an das RTM-Werkzeug (1) grenzenden Faserschicht (3) verhindern.The invention relates to an RTM tool (1) for producing a fiber composite component by an RTM method by injection of a resin into a semifinished fiber product (2), which is formed from at least one fiber layer (3) consisting of a plurality in a fiber direction (X ) extending parallel fibers (4), wherein means are formed which prevent the flooding of fibers (4) of the RTM tool (1) adjacent fiber layer (3).

Description

Die Erfindung betrifft ein RTM-Werkzeug zur Herstellung eines Faserverbundbauteils mit einem RTM-Verfahren durch die Imprägnierung eines Faserhalbzeugs mit einem Harz durch Harzverteilungsnuten. The invention relates to an RTM tool for producing a fiber composite component with an RTM method by impregnating a semi-finished fiber product with a resin by resin distribution grooves.

Das Resin Transfer Moulding (RTM) oder Harzinjektionsverfahren ist ein Verfahren zur Herstellung von lang- bzw. endlosfaserverstärkten Faserverbundbauteilen in kleinen, mittleren und zum Teil großen Serien. Mit Hilfe des Verfahrens sind sowohl Faserverbundhohlprofile, Faserverbundschalenbauteile als auch flache Faserverbundbauteile produzierbar, indem ein Faserhalbzeug durch das Injizieren eines Matrixmaterials, wie beispielsweise eines Harzes, imprägniert wird. Hierzu wird das Faserhalbzeug als endkonturnahe Preform in ein Formnest eingelegt, welches als negative Form des zu produzierenden Faserverbundbauteils von einem meist zweiteiligen Werkzeug ausgebildet wird. Das Harz wird durch Kanäle in dem RTM-Werkzeug mit möglichst konstantem Volumenstrom bzw. Druck in das Faserhalbzeug bzw. das Formnest eingebracht. Bei der Injektion bzw. der Imprägnierung durchströmt das Harz die Faserlagen des Faserverbundbauteils und kann nach der Durchtränkung an Steigern austreten. Dem Füllen des Formnests schließt sich die Aushärtung des Harzes, falls nötig unter Einfluss von Temperatur und/oder Überdruck gegenüber dem Umgebungsdruck, an. Nach dem Aushärten des Faserverbundbauteils kann es dem Werkzeug entnommen werden. Durch die Strömung innerhalb der entlang der Form des Formnests verlaufenden Kanäle, können einzelne Fasern des Faserhalbzeugs, insbesondere Fasern der Faserschicht des Faserhalbzeugs die direkt an das RTM-Werkzeug angrenzen, von der Strömung mitgerissen werden. Resin Transfer Molding (RTM) or Resin Injection is a process for making long- and continuous-fiber-reinforced fiber composite components in small, medium and sometimes large series. By means of the method, both fiber composite hollow profiles, fiber composite shell components and flat fiber composite components can be produced by impregnating a semi-finished fiber product by injecting a matrix material, such as a resin. For this purpose, the semi-finished fiber product is inserted as near-net-shape preform in a mold cavity, which is formed as a negative form of the fiber composite component to be produced by a usually two-part tool. The resin is introduced through channels in the RTM tool with the most constant volume flow or pressure in the semi-finished fiber product or the mold cavity. During the injection or the impregnation, the resin flows through the fiber layers of the fiber composite component and can emerge after the impregnation on the risers. The filling of the mold cavity is followed by the hardening of the resin, if necessary under the influence of temperature and / or overpressure relative to the ambient pressure. After curing of the fiber composite component, it can be removed from the tool. Due to the flow within the channels running along the shape of the mold cavity, individual fibers of the semifinished fiber product, in particular fibers of the fiber layer of the semifinished fiber product which directly adjoin the RTM tool, can be entrained by the flow.

Die in den Kanal eingeschwemmten Fasern stören den Strömungsfluss und behindern die gleichmäßige Verteilung des Harzes in das Faserverbundhalbzeug durch entstehende Turbulenzen an den eingeschwemmten Filamenten, ungewollten Querschnittsverengungen in den Kanälen, vermehrt auftretenden Scherkräften und den daraus entstehenden Druckdifferenzen. The fibers swept into the channel disturb the flow flow and hinder the uniform distribution of the resin into the fiber composite semifinished product due to turbulence on the entrained filaments, unwanted cross-sectional constrictions in the channels, increased shear forces and the resulting pressure differences.

Aus dem Stand der Technik sind bereits verschiedene Ausführungsformen von RTM-Werkzeugen bekannt. Various embodiments of RTM tools are already known from the prior art.

Beispielsweise offenbart die DE 10 2007 013 987 A1 ein Werkzeug für das RTM-Verfahren. Zur Verteilung des Matrixmaterials werden in der Oberfläche des Werkzeugs ausgebildete Nuten genutzt. Insbesondere bei Gelegen als Faserhalbzeug kann es aber leicht zum Einschwemmen von einzelnen Filamenten bzw. Fasern kommen, wodurch Fasern der direkt zu den Nuten angrenzenden Schicht durch die Matrix mitgerissen und in die Nut gesaugt werden. For example, the DE 10 2007 013 987 A1 a tool for the RTM process. To distribute the matrix material, grooves formed in the surface of the tool are used. However, it can easily lead to flooding of individual filaments or fibers, in particular in the case of layers as fiber semifinished product, whereby fibers of the layer directly adjacent to the grooves are entrained by the matrix and sucked into the groove.

Durch Fließhilfen versucht die Lehre der DE 10 2013 003 940 B4 eine schnelle Verteilung des Matrixmaterials über eine Fläche des Faserhalbzeugs zu erreichen. Dies stellt jedoch meist keine Lösung für das Einschwemmen von Fasern dar, besonders da diese den Effekt der Fließhilfen stören können, wodurch eine zusätzliche Druckdifferenz zwischen entlang der Fließhilfen entstehen kann. Through flow aids, the doctrine of DE 10 2013 003 940 B4 to achieve a rapid distribution of the matrix material over a surface of the semifinished fiber product. However, this is usually not a solution for the flooding of fibers, especially since they can interfere with the effect of the flow aids, which can cause an additional pressure difference between along the flow aids.

Die US 4,740,346 zeigt ein Verfahren, bei dem Harz durch eine Vielzahl von Angussstellen in ein Faserhalbzeug eingebracht wird. Durch die Vielzahl an direkt in das Faserhalbzeug führenden Injektionsstellen, kommt es zwar nicht zu Einschwemmungen in den Kanal, jedoch wird das Harz nicht gleichmäßig über die Gesamtfläche des Faserhalbzeugs verteilt, sondern lediglich punktuell eingeleitet. The US 4,740,346 shows a method in which resin is introduced through a plurality of gate points in a semi-finished fiber. Due to the large number of injection sites leading directly into the semifinished fiber product, flooding does not occur in the channel, however, the resin is not uniformly distributed over the entire surface of the semifinished fiber product, but only introduced at certain points.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, vorbesagte Nachteile zu überwinden und ein günstiges, einfach herzustellendes Werkzeug für das RTM-Verfahren zur Verfügung zu stellen, das ein Einschwemmen von Filamenten bzw. Fasern aus dem Faserhalbzeug in die Kanäle, die zu der Verteilung des Matrixmaterials dienen, verhindert und eine gleichmäßige Verteilung des Matrixmaterials über eine Fläche des Bauteils mit möglichst konstantem Druck ermöglicht. The invention is therefore based on the object to overcome the aforementioned disadvantages and to provide a cheap, easy to manufacture tool for the RTM method available, which is a flooding of filaments or fibers from the semifinished fiber in the channels, leading to the distribution of the matrix material serve, prevents and allows a uniform distribution of the matrix material over a surface of the component with a constant pressure as possible.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmalskombination gemäß Patentanspruch 1 gelöst. This object is achieved by the feature combination according to claim 1.

Erfindungsgemäß wird hierzu ein RTM-Werkzeug zur Herstellung eines Faserverbundbauteils mit einem RTM-Verfahren durch Injektion eines Harzes in ein Faserhalbzeug vorgeschlagen. Das Faserhalbzeug kann ein Gelege oder ein Gewebe sein und ist aus zumindest einer Faserschicht gebildet, die aus einer Vielzahl in eine Faserrichtung verlaufender paralleler Fasern besteht. According to the invention, an RTM tool for producing a fiber composite component with an RTM method by injection of a resin into a semi-finished fiber product is proposed for this purpose. The semifinished fiber product may be a scrim or a woven fabric and is formed from at least one fiber layer consisting of a plurality of parallel fibers running in a fiber direction.

Das RTM-Werkzeug bildet ein Formnest aus, das eine negative Form des herzustellenden Faserverbundbauteils darstellt und einen Hohlraum innerhalb des Werkzeugs bestimmt. In den Hohlraum ist für die Herstellung die Preform bzw. das Faserhalbzeug und optional ein Faserverbundbauteilkern eingelegt. Die zu dem Hohlraum weisende Oberfläche des Formnests umfasst zumindest eine Harzverteilungsnut, die dazu dient die einströmende Matrix über eine an die Oberfläche des Formnests angrenzende Fläche des Faserhalbzeugs zu verteilen. Die Matrix, welche zum Beispiel aus einem Harz, wie Epoxidharz, Polyesterharz oder Harnstoffharz besteht, ist durch in eine Harzverteilungsnut mündende Kanäle von außerhalb des RTM-Werkzeugs in das Formnest einleitbar. Die Harzverteilungsnuten sind alternativ oder zusätzlich unabhängig von diesen Kanälen anordenbar, sodass die Matrix aus dem Faserhalbzeug in eine Harzverteilungsnut gelangt und sich durch diese über eine Fläche des Faserhalbzeugs verteilt. Um eine formgerechte Verteilung der Matrix auf der Fläche des Faserhalbzeugs zu ermöglichen, zweigen von einer Harzverteilungsnut formgerecht weitere Harzverteilungsnuten ab. The RTM tool forms a mold cavity that is a negative shape of the fiber composite component to be manufactured and defines a cavity within the tool. In the cavity for the production of the preform or semi-finished fiber and optionally a fiber composite component core is inserted. The surface of the mold cavity facing the cavity comprises at least one resin distribution groove which serves to distribute the inflowing matrix via an area of the semifinished fiber product adjacent to the surface of the mold cavity. The matrix, which is made of, for example, a resin such as epoxy resin, polyester resin or urea resin, is into the resin from outside the RTM tool through channels opening into a resin distribution groove Mold nest can be introduced. The resin distribution grooves are alternatively or additionally arranged independently of these channels, so that the matrix passes from the semifinished fiber product into a resin distribution groove and distributed through this over a surface of the semifinished fiber product. In order to allow a proper distribution of the matrix on the surface of the semifinished fiber, branch from a resin distribution groove form-fitting further resin distribution grooves.

Um das Einschwemmen von einzelnen Fasern des Faserhalbzeugs, insbesondere von Fasern von Gelegen, in die Harzverteilungsnuten zu verhindern, weist jede Harzverteilungsnut einen Harzverteilungsnut-Querschnitt auf, der orthogonal zu einer Längsachse der Harzverteilungsnut liegt, wobei der Harzverteilungsnut-Querschnitt eine größere Querschnittshöhe H als eine Querschnittsbreite B besitzt. Die Matrix bildet durch ihre Strömung in der Harzverteilungsnut einen Hauptströmungskanal aus, in dem durch den Bernoulli-Effekt eine starke Sogwirkung entsteht, die auf die umliegenden Bereiche wirkt. Durch die Ausprägung des Harzverteilungsnut-Querschnitts mit größerer Querschnittshöhe H als Querschnittsbreite B liegt der Hauptströmungskanal in der Harzverteilungsnut beabstandet zu den Fasern des Faserhalbzeugs und grenzt nicht direkt an diese an. Ferner ist der Harzverteilungsnut-Querschnitt zumindest teilweise kreisförmig ausgebildet. Hierdurch werden in dem Bereich der Harzverteilungsnut, in dem der Hauptströmungskanal der Matrix ausgebildet ist, entstehende Scherkräfte zwischen der Matrix und dem Hauptströmungskanal minimiert. Die Innenfläche der Harzverteilungsnut ist scherkraftgerecht gestaltet, sodass durch die Formgebung und die Oberflächengüte der in Richtung der Harzverteilungsnut weisenden Innenflächen möglichst geringe Reibungs-, Scherkräfte, Turbulenzen und Druckverluste entstehen. In order to prevent the flooding of individual fibers of the semifinished fiber, especially fibers of laid, in the resin distribution grooves, each resin distribution groove has a resin distribution groove cross section orthogonal to a longitudinal axis of the resin distribution groove, the resin distribution groove cross section has a larger cross sectional height H than a resin distribution groove Cross-section width B has. Due to its flow in the resin distribution groove, the matrix forms a main flow channel in which a strong suction effect is produced by the Bernoulli effect, which acts on the surrounding areas. Due to the nature of the resin distribution groove cross-section with a larger cross-sectional height H than the cross-sectional width B, the main flow channel in the resin distribution groove is at a distance from the fibers of the semifinished fiber product and does not directly adjoin it. Further, the Harzverteilungsnut-cross section is at least partially circular. As a result, in the region of the resin distribution groove in which the main flow channel of the matrix is formed, shearing forces between the matrix and the main flow channel are minimized. The inner surface of the Harzverteilungsnut is scherkraftgerecht designed so that the lowest possible friction, shear forces, turbulence and pressure losses caused by the shape and the surface quality of pointing in the direction of Harzverteilungsnut inner surfaces.

Zur Verhinderung der Einschwemmung von Fasern in die Harzverteilungsnut ist bei einer vorteilhaften Weiterbildung von der zum Hohlraum gewandten Oberfläche des Formnests zumindest ein an die Harzverteilungsnut angrenzendes Fixiermittel ausgebildet oder alternativ über ein Verbindungsmittel an der an die Harzverteilungsnut angrenzende Oberfläche des Formnests angeordnet. Als Verbindungsmittel dient beispielsweise eine Schraube. Das Fixiermittel dient zur Fixierung des Faserhalbzeugs bzw. der einzelnen Fasern des Faserhalbzeugs in dem an die Harzverteilungsnut angrenzenden Bereich gegenüber dem Formnest, sodass das Faserhalbzeug bzw. die einzelnen Fasern in ihrer Bewegungsfreiheit zumindest entlang der Oberfläche des Formnests beschränkt ist. Zur Fixierung des Faserhalbzeugs durch das Fixiermittel wird bei dem Aufbringen des Faserhalbzeugs auf die Fixiermittel ein Bereich des Faserhalbzeugs unter und direkt benachbart zu dem Fixiermittel verdichtet und die einzelnen Fasern in diesem Bereich werden zusammengedrückt. Ein Einschwemmen der einzelnen Fasern des Faserhalbzeugs in die Harzverteilungsnut wird durch die beschränkte Bewegungsfreiheit, bedingt durch die Fixiermittel, verhindert. In order to prevent the flooding of fibers in the resin distribution groove, in an advantageous development of the cavity facing surface of the mold cavity at least one adjoining the Harzverteilungsnut fixing means is formed or alternatively arranged via a connecting means on the adjoining the Harzverteilungsnut surface of the mold cavity. As a connecting means is for example a screw. The fixing agent serves to fix the semifinished fiber product or the individual fibers of the semifinished fiber product in the region adjacent to the resin distribution groove with respect to the mold cavity, so that the semifinished fiber product or the individual fibers is limited in their freedom of movement at least along the surface of the mold cavity. For fixing the semifinished fiber product by the fixing means, a region of the semifinished fiber product under and directly adjacent to the fixing agent is compressed in the application of the semifinished fiber to the fixing means and the individual fibers are compressed in this area. A flooding of the individual fibers of the semifinished fiber product in the resin distribution is prevented by the limited freedom of movement, due to the fixing.

Bei einer vorteilhaften Ausbildungsform ist das Fixiermittel durch einen in das Formnest hineinragenden Vorsprung gebildet. In einem Fixiermittel-Querschnitt parallel und/oder orthogonal zu dem Harzverteilungsnut-Querschnitt ist der Vorsprung zumindest teilweise trapezförmig, teilkreisförmig oder rechteckig ausbildbar. Der Vorsprung erstreckt sich zumindest über einen Teil einer Gesamtlänge der Harzverteilungsnut. Die Erstreckungslänge und die Anordnung des Vorsprungs sind bezüglich des Faserhalbzeugs formgerecht ausgelegt. In an advantageous embodiment, the fixing means is formed by a projecting into the mold cavity projection. In a fixing agent cross-section parallel and / or orthogonal to the resin distribution groove cross-section, the projection is at least partially trapezoidal, part-circular or rectangular. The protrusion extends over at least a part of an entire length of the resin distribution groove. The extension length and the arrangement of the projection are designed to match the shape of the semi-finished fiber.

Von Vorteil ist eine Weiterbildungsform, bei der das Fixiermittel durch eine Vielzahl von Vorsprüngen gebildet ist. Die Fixiermittel sind in regelmäßigen Abständen entlang der Harzverteilungsnut, jeweils über zumindest einen Teil einer Gesamtlänge der Harzverteilungsnut angeordnet. Die Vorsprünge der Vielzahl von Vorsprüngen sind in einem Querschnitt parallel und/oder in einem Schnitt orthogonal zu dem Harzverteilungsnut-Querschnitt zumindest teilweise trapezförmig, teilkreisförmig oder rechteckig ausbildbar. Jeder Vorsprung der Vielzahl von Vorsprüngen erstreckt sich zumindest über einen Teil einer Gesamtlänge der Harzverteilungsnut. Die Erstreckung und die Anordnung eines Vorsprungs der Vielzahl von Vorsprüngen und die Vielzahl von Vorsprüngen sind formgerecht bezüglich des Faserhalbzeugs ausgelegt, d.h., dass die Vorsprünge und deren Anordnung von der Form des Faserhalbzeugs abhängig sind und einer Geometrie des Faserhalbzeugs folgen um eine optimale Fixierung entlang der Harzverteilungsnut gewährleisten zu können und eine Zielkontur des Faserverbundbauteils durch die formgerechte Fixierung auch während des Imprägnier- und des Aushärtprozesses beibehalten zu können. Advantageous is a further development form in which the fixing agent is formed by a plurality of projections. The fixing means are arranged at regular intervals along the resin distribution groove, each over at least a part of an entire length of the resin distribution groove. The protrusions of the plurality of protrusions are at least partially trapezoidal, part-circular or rectangular in cross-section parallel and / or in a section orthogonal to the resin distribution groove cross-section. Each projection of the plurality of protrusions extends over at least a part of an entire length of the resin distribution groove. The extension and the arrangement of a projection of the plurality of projections and the plurality of projections are designed in terms of shape with respect to the semifinished fiber, ie, that the projections and their arrangement are dependent on the shape of the semifinished fiber and follow a geometry of the semifinished fiber to an optimal fixation along the To be able to ensure resin distribution and to be able to maintain a target contour of the fiber composite component by the proper fixing even during the impregnation and the curing process.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildungsvariante umfasst eine erste Gruppe und eine zweite Gruppe jeweils eine Vielzahl von Vorsprüngen. Die Vorsprünge der ersten und der zweiten Gruppe sind jeweils in regelmäßigen Abständen entlang der Harzverteilungsnut angeordnet und die Vorsprünge der Vielzahl von Vorsprüngen der ersten Gruppe sind gegenüber den Vorsprüngen der Vielzahl von Vorsprüngen der zweiten Gruppe in Richtung der Längsachse versetzt, sodass ein Vorsprung der ersten Gruppe in Richtung der Längsachse der Harzverteilungsnut auf einen Vorsprung der zweiten Gruppe folgt und auf einen Vorsprung der zweiten Gruppe ein Vorsprung der ersten Gruppe. Durch die alternierende Anordnung der Vorsprünge der ersten und zweiten Gruppe werden die Fasern der Faserlage faserlagenverlaufsgerecht fixiert. In an advantageous development variant, a first group and a second group each comprise a multiplicity of projections. The protrusions of the first and second groups are respectively arranged at regular intervals along the resin distribution groove, and the protrusions of the plurality of protrusions of the first group are offset from the protrusions of the plurality of protrusions of the second group in the direction of the longitudinal axis, so that a protrusion of the first group in the direction of the longitudinal axis of the Harzverteilungsnut follows a projection of the second group and a projection of the second group, a projection of the first group. As a result of the alternating arrangement of the projections of the first and second groups, the fibers of the fiber layer are fixed in a manner appropriate to the fiber layer.

Ein Verhältnis H/B der Querschnittshöhe H zu der Querschnittsbreite B des Harzverteilungsnut-Querschnitts ist bei einer vorteilhaften Ausführungsform festgelegt, sodass gilt H/B ≥ 1,5. A ratio H / B of the section height H to the section width B of the resin distribution groove cross section is set in an advantageous embodiment, so that H / B ≥ 1.5.

Die Querschnittshöhe H des Harzverteilungsnut-Querschnitts erstreckt sich von einer Fuß-Ebene, die der direkt an die Harzverteilungsnut angrenzenden Oberfläche des Formnests entspricht, in orthogonale Richtung bis zu dem von der Fuß-Ebene in orthogonale Richtung am weitesten entfernten Abschnitt des Gipfelbereichs The cross-sectional height H of the resin distribution groove cross section extends from a foot plane corresponding to the surface of the cavity adjacent to the resin distribution groove in the orthogonal direction to the portion of the peak region furthest from the foot plane in the orthogonal direction

Die Querschnittsbreite B des Harzverteilungsnut-Querschnitts erstreckt sich von dem Übergangsbereich einer Seite zu dem Übergangsbereich der jeweils anderen Seite und ist in der Ebene der halben Querschnittshöhe H zu messen. The cross-sectional width B of the resin distribution groove cross-section extends from the transition region of one side to the transition region of the other side, and is to be measured in the plane of half the cross-sectional height H.

Vorteilhaft ist eine Ausgestaltungsform, bei der die Querschnittshöhe H in einem Bereich von 1–5 mm, bevorzugt in einem Bereich von 1–3 mm liegt. Insbesondere vorteilhaft ist eine Querschnittshöhe H von 2,5 mm. Die Querschnittsbreite B zu der jeweiligen Querschnittshöhe H ist durch das Verhältnis H/B festgelegt. Advantageously, an embodiment in which the cross-sectional height H is in a range of 1-5 mm, preferably in a range of 1-3 mm. Particularly advantageous is a cross-sectional height H of 2.5 mm. The section width B to the respective section height H is determined by the ratio H / B.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildungsform, bildet der Harzverteilungsnut-Querschnitt der Harzverteilungsnut an seinen beiden an die Oberfläche des Formnests grenzenden Seiten jeweils einen Fußbereich, jeweils einen Übergangsbereich und einen gemeinsamen Gipfelbereich aus. Der jeweilige Fußbereich bildet einen ersten Übergang von der Oberfläche des Formnests zu dem jeweiligen Übergangsbereich. Der erste Übergang ist harzflussgerecht sprunghaft, beispielsweise in seiner Kontur in dem Harzverteilungsnut-Querschnitt abknickend, oder fließend, beispielsweise in seiner Kontur in dem Harzverteilungsnut-Querschnitt viertelkreisförmig, ausgebildet. Der jeweilige Übergangsbereich bildet einen zweiten Übergang von dem jeweiligen Fußbereich zu dem Gipfelbereich, wobei der zweite Übergang linear oder teilkreisförmig ist. Der zweite Übergang ist in seiner Kontur in dem Harzverteilungsnut-Querschnitt mit einem harzflussgerecht ausgebildeten Winkel β gegenüber der zu dem Hohlraum gewandten Oberfläche des Formnests ausgeformt. Der Winkel β zwischen der Oberfläche des Formnests und dem Übergangsbereich liegt in einem Bereich von 90° ≤ β ≤ 135°. Der Gipfelbereich ist teilkreisförmig ausgebildet und verbindet die Übergangsbereiche, die jeweils auf einer Seite liegen miteinander. Die Übergänge zwischen den jeweiligen Fußbereichen und den jeweiligen Übergangsbereichen sowie die Übergänge zwischen den jeweiligen Übergangsbereichen und dem Gipfelbereich sind fließend. In an advantageous further development form, the resin distribution groove cross section of the resin distribution groove in each case forms on its two sides adjoining the surface of the mold cavity a foot region, in each case a transition region and a common summit region. The respective foot region forms a first transition from the surface of the mold cavity to the respective transition region. The first transition is resinous jumpable, for example, in its contour in the Harzverteilungsnut cross-section kinking, or fluently, for example, in its contour in the resin distribution groove cross-section in a quarter circle, formed. The respective transition region forms a second transition from the respective foot region to the summit region, wherein the second transition is linear or part-circular. The second transition is formed in its contour in the resin distribution groove cross-section with a resin flow conform angle β with respect to the cavity-facing surface of the mold cavity. The angle β between the surface of the mold cavity and the transition region is in a range of 90 ° ≦ β ≦ 135 °. The summit area is part-circular in shape and connects the transition areas, which lie on one side with each other. The transitions between the respective foot areas and the respective transition areas as well as the transitions between the respective transition areas and the summit area are fluid.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildungsform schließen die Längsachse der Harzverteilungsnut und die Faserrichtung der Vielzahl von parallel verlaufenden Fasern einen Winkel α in einem Bereich von 70° ≤ α ≤ 110°, bevorzugt 80° ≤ α ≤ 100°, weiter bevorzugt α = 90°, zwischen sich ein. Durch den Winkel α zwischen der Harzverteilungsnut und der Faserrichtung der einzelnen Fasern, ist der Schnittfläche einer Harzverteilungsnut mit einer einzelnen Faser minimal und Sogkräfte wirken auf eine kleinere Fläche als es bei einer größeren Schnittfläche der Fall ist. Durch die minimierten Sogkräfte in der Schnittfläche werden Einschwemmungen bzw. das Mitreißen einer Faser in die Harzverteilungsnut durch die Sogkräfte verhindert. In an advantageous embodiment, the longitudinal axis of the resin distribution groove and the fiber direction of the plurality of parallel fibers enclose an angle α in a range of 70 ° ≤ α ≤ 110 °, preferably 80 ° ≤ α ≤ 100 °, more preferably α = 90 ° yourself. By the angle α between the resin distribution groove and the fiber direction of the individual fibers, the sectional area of a resin distribution groove with a single fiber is minimum and suction forces act on a smaller area than with a larger sectional area. Due to the minimized suction forces in the cut surface, flooding or the entrainment of a fiber into the resin distribution groove is prevented by the suction forces.

Das RTM-Werkzeug umfasst bei einer bevorzugten Ausgestaltungsform eine Werkzeughälfte, die die Harzverteilungsnut ausbildet. Alternativ oder zusätzlich umfasst das RTM-Werkzeug das Formnest, das einen Hohlraum in dem RTM-Werkzeug bestimmt und in dem ein eine Harzverteilungsnut ausbildender Faserverbundbauteilkern angeordnet ist. The RTM tool, in a preferred embodiment, includes a tooling half that forms the resin distribution groove. Alternatively or additionally, the RTM tool comprises the mold cavity defining a cavity in the RTM tool and having a fiber composite core forming a resin distribution groove disposed therein.

Zur Optimierung der in einer Harzverteilungsnut wirkenden Sogkräfte des Druckes der Matrix in der Harzverteilungsnut und der harzflussgerechten Auslegung der Harzverteilungsnut ist bei einer vorteilhaften Weiterbildungsform die Querschnittshöhe H und/oder die Querschnittsbreite B der Harzverteilungsnut in einem ersten Bereich der Harzverteilungsnut größer, als in einem zweiten Bereich der Harzverteilungsnut, der von dem ersten Bereich in eine Harzfließrichtung entlang der Längsachse beabstandet ist. Der Übergang zwischen dem ersten Bereich und dem zweiten Bereich kann bezüglich des Höhenverlaufs der Querschnittshöhe H und des Breitenverlaufs der Querschnittsbreite B fließend oder sprunghaft, bevorzugt linear, sein. In order to optimize the suction forces acting in a resin distribution groove of the pressure of the matrix in the resin distribution groove and the resin flow proper design of the resin distribution groove, in an advantageous embodiment, the cross-sectional height H and / or the cross-sectional width B of the resin distribution groove is greater in a first region of the resin distribution groove than in a second region the resin distribution groove spaced from the first region in a resin flow direction along the longitudinal axis. The transition between the first region and the second region may be fluent or erratic, preferably linear, with respect to the height profile of the cross-sectional height H and of the width profile of the cross-sectional width B.

Die Harzverteilungsnut ist durch spanende oder urformende Verfahren ausbildbar, wohingegen die Fixiermittel auch zusätzlich durch additive Verfahren erzeugbar sind. Die Harzverteilungsnut und/oder die Fixiermittel sind von einer Werkzeughälfte und/oder dem Faserverbundbauteilkern oder alternativ von einem Trägerelement ausgebildet, welches an der Werkzeughälfte oder dem Faserverbundbauteilkern angeordnet ist. The resin distribution groove can be formed by machining or forming processes, whereas the fixing agents can be additionally produced by additive processes. The resin distribution groove and / or the fixing means are formed by a tool half and / or the fiber composite component core or alternatively by a carrier element which is arranged on the tool half or the fiber composite component core.

Die Querschnittshöhe H und die Querschnittsbreite B sind jeweils mit einem dafür geeigneten Messinstrument, wie beispielsweise einem Messschieber, messbar oder mit einer geeigneten Lehre prüfbar. The cross-sectional height H and the cross-sectional width B can each be measured with a suitable measuring instrument, such as a caliper, measurable or with a suitable gauge.

Die vorstehend offenbarten Merkmale sind beliebig kombinierbar soweit dies technisch möglich ist und diese nicht in Widerspruch zueinander stehen. The features disclosed above can be combined in any way that is technically possible and they do not contradict each other.

Andere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet bzw. werden nachstehend zusammen mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführung der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Other advantageous developments of the invention are in the subclaims or will be described in more detail below together with the description of the preferred embodiment of the invention with reference to FIGS.

Es zeigen: Show it:

1 eine Schnittansicht durch das Faserhalbzeug und das RTM-Werkzeug mit einer Harzverteilungsnut und zwei Fixiermitteln; 1 a sectional view through the semifinished fiber product and the RTM tool with a resin distribution groove and two fixing means;

2 eine Schnittansicht durch das RTM-Werkzeug mit einer Harzverteilungsnut und zwei Fixiermitteln; 2 a sectional view through the RTM tool with a resin distribution groove and two fixing means;

3 eine Schnittansicht durch das RTM-Werkzeug mit einer Harzverteilungsnut und durch ein Fixiermittel; 3 a sectional view through the RTM tool with a resin distribution groove and by a fixing means;

4 eine schematische Draufsicht auf ein Faserhalbzeug und vier darauf angeordneter Harzverteilungsnuten mit Fixiermitteln; 4 a schematic plan view of a semi-finished fiber and four arranged thereon resin distribution grooves with fixing means;

Die Figuren sind beispielhaft schematisch. Gleiche Bezugszeichen in den Figuren weisen auf gleiche funktionale und/oder strukturelle Merkmale hin. The figures are exemplary schematic. Like reference numerals in the figures indicate like functional and / or structural features.

1 zeigt einen Ausschnitt aus einer Schnittansicht durch das RTM-Werkzeug 1 und durch ein Faserhalbzeug 2 mit der Faserschicht 3, sodass eine Harzverteilungsnut 6 und die als Vorsprünge 7 ausgebildete Fixiermittel auf den beiden jeweils an die Oberfläche 5 des Formnests grenzenden Seiten der Harzverteilungsnut 6 zu sehen sind. Die Harzverteilungsnut 6 bildet auf den beiden an die Oberfläche 5 grenzenden Seiten jeweils einen Fußbereich 61 aus, der einen fließenden Übergang von dem Vorsprung 7 der jeweiligen Seite zu dem Übergangsbereich 62 der jeweiligen Seite schafft. Der Übergangsbereich 62 der jeweiligen Seite geht jeweils fließend in den Gipfelbereich 63 der Harzverteilungsnut 6 über, wobei der jeweilige Übergangsbereich 62 gegenüber der Harzverteilungsnut 6 elliptisch und konkav geformt ist. Die Querschnittshöhe H des Harzverteilungsnut-Querschnitts erstreckt sich von einer Fuß-Ebene, die der Ebene der direkt an die Harzverteilungsnut 6 angrenzenden Oberfläche 5 des Formnests entspricht, in eine orthogonale Richtung bis zu dem von der Fuß-Ebene in eine orthogonale Richtung am weitesten entfernten Abschnitt des Gipfelbereichs 63. Die Querschnittsbreite B des Harzverteilungsnut-Querschnitts erstreckt sich von dem Übergangsbereich 62 einer Seite zu dem Übergangsbereich 62 der jeweils anderen Seite und ist in der Ebene der halben Querschnittshöhe H bestimmt. Jeweils ein Vorsprung 7 ist von der Oberfläche 5 auf den beiden an die Oberfläche 5 grenzenden Seiten der Harzverteilungsnut 6 angeordnet bzw. ausgebildet. Die Vorsprünge 7 sind in ihrem Querschnitt halbkreisförmig geformt, direkt angrenzend an die Harzverteilungsnut 6 angeordnet und gehen jeweils in einen der Fußbereiche 61 über. Die Vorsprünge 7 erstrecken sich jeweils nur über einen Teil der Gesamtlänge der Harzverteilungsnut 6 in Richtung der Längsachse der Harzverteilungsnut 6. 1 shows a section of a sectional view through the RTM tool 1 and by a semi-finished fiber product 2 with the fiber layer 3 so that a resin distribution groove 6 and as protrusions 7 trained fixative on the two each to the surface 5 the mold cavity adjacent sides of the resin distribution groove 6 you can see. The resin distribution groove 6 forms on the two to the surface 5 adjacent pages each have a footer 61 off, a smooth transition from the ledge 7 the respective page to the transition area 62 the respective page creates. The transition area 62 the respective page flows fluently into the summit area 63 the resin distribution groove 6 over, with the respective transition area 62 opposite the resin distribution groove 6 elliptical and concave shaped. The cross-sectional height H of the resin distribution groove cross-section extends from a foot plane, that of the plane directly to the resin distribution groove 6 adjacent surface 5 of the mold cavity, in an orthogonal direction to the portion of the peak area farthest from the foot level in an orthogonal direction 63 , The cross-sectional width B of the resin distribution groove cross-section extends from the transition region 62 a page to the transition area 62 the other side and is determined in the plane of half the cross-sectional height H. One advantage each 7 is from the surface 5 on the two to the surface 5 adjacent sides of the resin distribution groove 6 arranged or formed. The projections 7 are semi-circular shaped in their cross-section, directly adjacent to the resin distribution groove 6 arranged and go in each case in one of the foot areas 61 above. The projections 7 each extend only over part of the total length of the resin distribution groove 6 in the direction of the longitudinal axis of the resin distribution groove 6 ,

2 zeigt, bis auf das Faserhalbzeug 2 mit der Faserschicht 3, Elemente die äquivalent sind zu den in 1 gezeigten Elementen. Jedoch sind die Übergangsbereiche 62 orthogonal gegenüber der Oberfläche 5 des Formnests bzw. in einem Winkel β von 90° zu ihr ausgebildet. In den jeweiligen Fußbereichen 61 geht die Harzverteilungsnut sprunghaft durch einen Knick mit einem Innenwinkel von 90° auf die Oberfläche 5 des Formnests über. Die als Vielzahl von Vorsprüngen 7‘ ausgebildeten Fixiermittel sind von der Harzverteilungsnut 6 beabstandet angeordnet und durch Passstifte gebildet, die in dafür vorgesehenen Sacklöchern, welche beispielsweise durch Bohren und anschließendes Honen hergestellt sind, angeordnet sind. Die Fixiermittel 7 bilden durch die Formgebung der Passstifte eine in ihrem Querschnitt trapezförmige und in einem dazu orthogonalen Querschnitt eine runde Grundfläche aus. Die Vorsprünge 7‘ in Form der Passstifte sind gleichmäßig über die Gesamtlänge der Harzverteilungsnut 6 in Richtung ihrer Längsachse angeordnet. 2 shows, except for the semi-finished fiber 2 with the fiber layer 3 , Elements that are equivalent to those in 1 shown elements. However, the transition areas are 62 orthogonal to the surface 5 of the mold cavity or at an angle β of 90 ° to it. In the respective foot areas 61 The Harzverteilungsnut leaps abruptly through a kink with an internal angle of 90 ° on the surface 5 of the mold cavity over. The as a variety of protrusions 7 ' formed fixing agents are of the resin distribution groove 6 spaced apart and formed by dowel pins, which are arranged in designated blind holes, which are prepared for example by drilling and subsequent honing. The fixative 7 form by the shape of the dowel pins in its cross-section trapezoidal and in an orthogonal cross-section a round base. The projections 7 ' in the form of the dowel pins are uniform over the entire length of the resin distribution groove 6 arranged in the direction of its longitudinal axis.

3 zeigt, bis auf das Faserhalbzeug 2 mit der Faserschicht 3, Elemente die äquivalent sind zu den in 1 gezeigten Elementen. Jedoch sind die Übergangsbereiche 62 linear ausgebildet und schaffen jeweils einen sprunglosen Übergang von dem Radius des jeweiligen Fußbereichs 61 zu dem Radius des Gipfelbereichs 63. In den jeweiligen Fußbereichen 61 geht die Harzverteilungsnut fließend durch eine teilkreisförmige bzw. nahezu viertelkreisförmige Formgebung auf die Oberfläche 5 des Formnests über. Die als Vielzahl von Vorsprüngen 7‘ ausgebildeten Fixiermittel sind von der Harzverteilungsnut 6 beabstandet angeordnet und werden von der Oberfläche 5 des Formnests ausgebildet. Die Vorsprünge 7‘ sind besitzen jeweils einen trapezförmigen Querschnitt und eine Länge in Richtung der Längsachse der Harzverteilungsnut 6, wobei die Länge in Richtung der Längsachse der Harzverteilungsnut 6 größer ist als eine Breite der Vorsprünge gemessen an deren Basis in der Ebene der Oberfläche 5 des Formnests und orthogonal zu der Richtung der Längsachse der Harzverteilungsnut 6. Ein Vorsprung 7‘ auf einer der Seiten der Harzverteilungsnut 6, die an die Oberfläche 5 des Formnests angrenzen, ist entlang der Längsachse der Harzverteilungsnut 6 alternierend mit einem Vorsprung 7‘ auf der anderen Seite der Harzverteilungsnut 6 angeordnet. 3 shows, except for the semi-finished fiber 2 with the fiber layer 3 , Elements that are equivalent to those in 1 shown elements. However, the transition areas are 62 formed linear and each create a jumpless transition from the radius of the respective footer 61 to the radius of the summit area 63 , In the respective foot areas 61 The Harzverteilungsnut flowing through a part-circular or nearly quarter-circular shape on the surface 5 of the mold cavity over. The as a variety of protrusions 7 ' formed fixing agents are of the resin distribution groove 6 spaced and are spaced from the surface 5 formed the mold cavity. The projections 7 ' each have a trapezoidal cross section and a length in the direction of the longitudinal axis of the resin distribution groove 6 wherein the length is in the direction of the longitudinal axis of the resin distribution groove 6 is greater than a width of the protrusions measured at their base in the plane of the surface 5 of the mold cavity and orthogonal to the direction of the longitudinal axis of the resin distribution groove 6 , A lead 7 ' on one of the sides of the resin distribution groove 6 that surface 5 of the mold cavity is along the longitudinal axis of the resin distribution groove 6 alternating with a lead 7 ' on the other side of the resin distribution groove 6 arranged.

In 4 ist eine schematische Aufsicht auf das Faserhalbzeug 2 mit der direkt an das RTM-Werkzeug 1 grenzenden Faserschicht 3 gezeigt. Die Vielzahl von parallel in die Faserrichtung X verlaufenden Fasern 4 der Faserschicht 3 liegt dabei unter einem Winkel α gegenüber den Harzverteilungsnuten 6, welche sich in Richtung ihrer Längsachse Y erstrecken. Auf den beiden Seiten jeder Harzverteilungsnut 6 sind jeweils Fixiermittel angeordnet. Die Fixiermittel der von links gezählt ersten Harzverteilungsnut 6 sind durch zwei Gruppen von je einer Vielzahl von Vorsprüngen 7‘ gebildet, wobei eine erste Vielzahl eine ovale Grundform besitzt und eine zweite Vielzahl eine rechteckige Grundform mit abgerundeten Ecken. Die Vorsprünge 7‘ der zweiten Vielzahl haben jeweils gegenüber dem vorhergehenden Vorsprung 7‘ in Längsrichtung Y einen anderen Abstand zu der Harzverteilungsnut 6. Die Fixiermittel der von links gezählt zweiten Harzverteilungsnut 6 sind durch je einen Vorsprung 7 auf jeder der beiden Seiten der Harzverteilungsnut 6 gebildet, wobei sich die Vorsprünge 7 jeweils über die gesamte Länge der Harzverteilungsnut 6 in Richtung der Längsachse Y der Harzverteilungsnut 6 erstrecken. In 4 is a schematic plan view of the semi-finished fiber 2 with the directly to the RTM tool 1 bordering fiber layer 3 shown. The plurality of fibers running parallel in the fiber direction X. 4 the fiber layer 3 lies with it at an angle α to the resin distribution grooves 6 , which extend in the direction of its longitudinal axis Y. On both sides of each resin distribution groove 6 each fixing are arranged. The fixing means of the first resin distribution groove counted from the left 6 are by two groups each of a variety of protrusions 7 ' formed, wherein a first plurality has an oval basic shape and a second plurality has a rectangular basic shape with rounded corners. The projections 7 ' of the second plurality each have opposite the previous projection 7 ' in the longitudinal direction Y, a different distance to the resin distribution groove 6 , The fixing means of the second resin distribution groove counted from the left 6 are each a lead 7 on each side of the resin distribution groove 6 formed, with the projections 7 over the entire length of the Harzverteilungsnut 6 in the direction of the longitudinal axis Y of the resin distribution groove 6 extend.

Die Fixiermittel der von links gezählt dritten Harzverteilungsnut 6 sind durch zwei Gruppen von je einer Vielzahl von Vorsprüngen 7‘ gebildet, wobei die Vorsprünge 7‘ eine runde Grundform besitzen und einem ersten Vorsprung 7‘ einer Gruppe der zwei Gruppen, ein zweiter Vorsprung 7‘ der anderen Gruppe der zwei Gruppen gegenüber liegt. The fixing means of the third resin distribution groove counted from the left 6 are by two groups each of a variety of protrusions 7 ' formed, with the projections 7 ' have a round basic shape and a first projection 7 ' a group of the two groups, a second projection 7 ' the other group of the two groups is opposite.

Die Fixiermittel der von links gezählt vierten Harzverteilungsnut 6 sind durch zwei Gruppen von je einer Vielzahl von Vorsprüngen 7‘ gebildet, wobei die Vorsprünge 7‘ eine runde Grundform besitzen und die Vorsprünge 7‘ der zwei Gruppen alternierend zueinander angeordnet sind, sodass in Richtung der Längsachse Y einem Vorsprung 7‘ einer Gruppe, ein Vorsprung 7‘ der anderen Gruppe folgt. The fixing means of the fourth resin distribution groove counted from the left 6 are by two groups each of a variety of protrusions 7 ' formed, with the projections 7 ' have a round basic shape and the projections 7 ' of the two groups are arranged alternately to each other, so that in the direction of the longitudinal axis Y a projection 7 ' a group, a lead 7 ' the other group follows.

Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf die vorstehend angegebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von der dargestellten Lösung auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungen Gebrauch macht. Beispielsweise können auch mehrere Fixierbereiche mit Fixiermitteln auf beiden Seiten der Harzverteilungsnut verwendet werden. The invention is not limited in its execution to the above-mentioned preferred embodiments. Rather, a number of variants is conceivable, which makes use of the illustrated solution even with fundamentally different types of use. For example, a plurality of fixing portions with fixing agents may be used on both sides of the resin distribution groove.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102007013987 A1 [0005]
DE 102013003940 B4 [0006]
US 4740346 [0007]

Claims

RTM tool ( 1 ) for producing a fiber composite component with an RTM method by injection of a resin into a semi-finished fiber product ( 2 ), which consists of at least one fiber layer ( 3 ) formed from a plurality of parallel fibers (X) in a fiber direction (X). 4 ), the RTM tool ( 1 ) forms a mold cavity, a surface ( 5 ) of the mold cavity has a resin distribution groove ( 6 ) having a resin distribution groove cross section orthogonal to a longitudinal axis (Y) of the resin distribution groove (Fig. 6 ) has a larger cross-sectional height H than a cross-sectional width B, and the resin distribution groove cross-section is at least partially circular.

RTM tool ( 1 ) according to claim 1, wherein at least one fixing means for fixing the semifinished fiber product ( 2 ) against the mold cavity on the surface ( 5 ) of the mold cavity adjacent to the resin distribution groove (FIG. 6 ) is trained.

RTM tool ( 1 ) according to claim 2, wherein the fixing means by a projecting into the mold cavity projection ( 7 ) formed over at least a part of a total length of the resin distribution groove ( 6 ).

RTM tool ( 1 ) according to claim 2, wherein the fixing means are provided by a plurality of projections ( 7 ' ) is formed and the projections ( 7 ' ) of the plurality of projections ( 7 ' ) at regular intervals along the Harzverteilungsnut ( 6 ) are arranged and in each case over a part of an overall length of the resin distribution groove ( 6 ).

RTM tool ( 1 ) according to claim 2 or 3, wherein there is a first group of projections ( 7 ' ) and a second group of projections ( 7 ' ), each having a plurality of protrusions ( 7 ' ), the projections ( 7 ' ) of the first and second groups at regular intervals along the Harzverteilungsnut ( 6 ) are arranged and the projections ( 7 ' ) of the plurality of projections ( 7 ' ) of the first group to the projections ( 7 ' ) of the plurality of projections ( 7 ' ) of the second group are offset in the direction of the longitudinal axis (Y).

RTM tool ( 1 ) according to any one of the preceding claims, wherein a ratio H / B of the section height H to the section width B of the resin distribution groove section is set to be H / B ≥ 1.5 and / or the section height H is in a range of 1-5 mm lies.

RTM tool ( 1 ) according to any one of the preceding claims, wherein the resin distribution groove cross section of the resin distribution groove ( 6 ) at its two to the surface ( 5 ) of the shape adjacent sides each have a footer ( 61 ), one transitional area each ( 62 ) and a summit area ( 63 ), with the respective footer ( 61 ) a first transition from the surface ( 5 ) of the mold cavity to the respective transitional area ( 62 ) and the first transition is erratic or flowing, the respective transition region ( 62 ) a second transition from the respective footer ( 61 ) to the summit area ( 63 ) and the second transition follows a linear or part-circular course, the summit area ( 63 ) is part-circular and the transition areas ( 62 ) connects.

RTM tool ( 1 ) according to one of the preceding claims, wherein the longitudinal axis (Y) of the resin distribution groove ( 6 ) and the fiber direction (X) of the plurality of parallel fibers between them enclose an angle α in a range of 70 ° to 110 °.

RTM tool ( 1 ) according to one of the preceding claims, wherein the RTM tool ( 1 ) comprises a mold half, through which the resin distribution groove ( 6 ) is trained

RTM tool ( 1 ) according to one of the preceding claims, wherein the mold cavity determines a cavity and the RTM tool ( 1 ) comprises a fiber composite component core disposed in the cavity that defines the resin distribution groove (10) 6 ) trains.

RTM tool ( 1 ) according to one of the preceding claims, wherein the cross-sectional height H and / or the cross-sectional width B of the resin distribution groove ( 6 ) in a first region of the resin distribution groove (FIG. 6 ) is larger than in a second region of the resin distribution groove ( 6 ) spaced from the first region in a resin flow direction along the longitudinal axis (Y).